状态监控提高编码器的可靠性

无论是来自环境传感器还是来自信号分析，具有健康监控功能的编码器都可以减少停机时间、速度维护，并提高公司的整体业绩。

运动控制技术支持从自动仓库车辆到每分钟300零件的饮料包装生产线的一切，而编码器发挥着至关重要的作用。没有反馈，运动控制就没有控制。如果设备出现故障或出现错误，导致系统无法正确跟踪运动，最好的情况下会浪费时间，最坏的情况下会耗费大笔金钱。“很多编码器都是机器的关键部分，”Leine & Linde AB (Strängnäs，瑞典)的市场经理Håkan Eriksson说。“如果他们失败了，他们可以中断机器或过程。如果一家造纸厂每分钟的页数达到1500页，那么每小时就很容易赚到1.5万美元。”由于需要最大限度地减少故障和故障，人们对集成了传感器和健康监测功能的编码器越来越感兴趣。

Avtron工业自动化公司(Avtron Industrial Automation, Independence, Ohio)的编码器产品经理布莱恩·温特(Brian Winter)表示:“过去，没有自我诊断能力的编码器经常会出现故障。“他们有个讨厌的习惯，就是光盘上有灰尘，或者磁结构出错，结果就会结巴。”相对于提供独立的a通道输出和b通道输出相差90°的相位，这是正交编码器需要确定运动方向的，一个错误的编码器可能会移动相位或输出两个a通道脉冲。“对机器来说，结果可能是灾难性的，因为驱动器以最快的速度向另一个方向全速前进。想象一下，你正在搬运重物，而现在你没有，”他补充道。“它可以摧毁任何东西。”

检测故障
过去十年已经看到智能组件的越来越多，编码器是该趋势的一部分。条件监视的最简单方法是使用像数字信号处理器（DSP）的板载智能，以运行一组测试算法以监控信号质量。它确保了具有50-50占空比的良好方波输出。对于正交编码器，可以根据需要验证两个通道的输出为90°。如果信号未能满足标准，则会生成警报信号。该方法使数据收集和分析对用户透明，仅需要检查用于红色或绿灯的LED显示屏。当然，在这些日子里shop-floor-to-top-floor通信，系统通常还直接向PLC或运动控制器发送警报信号，这可以采用预定义的动作并在HMI上显示代码。

在频谱的另一端，具有集成传感器的编码器。具有综合条件监测的电机可广泛可用。该行业唯一只是开始使用温度传感器，振动传感器等的编码器。传感器可用于监测设备本身的健康，跟踪过热轴承或过度振动等环境因素。它们可能会监测水冷的部件中的流体流动。

特别是在这些天数的集成组件中，温度监测在设备寿命中起重要作用。今天的大多数电机都有传感器报告绕组的温度，但对于编码器健康监测，编码器本身的温度同样重要。有一个时间机器建设者和制造商快速选择较大的电机，以最大限度地减少操作温度并确保更长的寿命。随着稀土磁铁的成本增加，设计团队现在推动电机的极限，以获得尽可能多的性能。问题在于，不仅仅是强调电机，它还将编码器暴露于更高的温度和振动水平，使得跟踪其性能很重要。“大型电机轴承没有问题速度或温度，但编码器的微小轴承可能会对生活产生问题，”Johannes Heidenhain GmbH（Traunreut，Germany）博士的高级产品经理Ludwig Schmidt说。这是集成传感器可以带来大值的地方。遗憾的是，目前，通用市场上没有轴承监控功能的编码器。

为什么健康监测很重要
状态监控不仅减少了停机时间，而且可以更高效地进行维护。一种维护方法是运行一个组件，直到失败，然后更换它。这种理念具有从组件中提取全价值的优势，但它以出现意外中断的价格出现意外中断，这通常远远超过组件的成本。更常见的方法是根据制造商的建议安排停机时间，该建议在平均条件下为平均申请建立。这种方法无法完全消除意外停机，但却使其更少可能。

不利的一面是，定期维护计划也可能导致健康设备被提前翻新或更换;此外，在24/7运行的情况下，任何停用期都需要花钱。通过应用传感器输入来了解编码器在任何给定时间的状态，并更有效地考虑实际运行条件的压力，用户可以避免任何类型的过度停机时间——故障导致的意外停机和任意计划的维护带来的不必要停机。传感器输出的洞察力有助于维护团队保持系统以最佳效率运行。系统,说。

编码器诊断还可以简化故障诊断。“在很多情况下，驱动器或PLC会报告编码器故障，但这实际上是机器的速记，告诉你在控制器认为机器的位置或速度应该是什么和报告的位置或速度之间有什么问题，”温特说。合乎逻辑的反应是更换编码器，但这可能解决不了问题。“大多数编码器公司发现，他们大约50%的回报，那些没有诊断的，回来了，他们没有任何问题。”在这种情况下，带有状态监控的编码器将节省时间、金钱和挫折。如果机器记录故障，但编码器指示器显示设备运行良好，维护已经缩小了问题的范围。

对安全的日益重视为状态监测提供了另一个推动力。带有运行状况监控的编码器帮助机器制造商和用户遵守标准。“作为欧洲人，我们看到越来越多的安全应用，你真的需要依赖编码器，”施密特说。“我们做了很多工作来将这些信息传递给控制器，这样它就可以依赖编码器告诉它的信息。”

oem对使用编码器作为系统中其他组件的通信枢纽越来越感兴趣。用户希望看到更多的传感器功能，只要能够收集更多的温度数据或在电机周围安装不同的传感器。一个智能编码器与一个通信总线可以促进这一过程。

最佳使用方法取决于应用程序，以及维护资源和用户的技能水平。在入门级，监控编码器输出流并使用led指示系统是否正常运行的系统可能就是所需要的。涉及数十个编码器和维护人员的更复杂的操作可能会受益于更大的可见性。“对于转换器，我可能只需要我的增量编码器信号和温度监测，”埃里克森说。“对于在控制室中跟踪生产状态或屏幕上不同子系统的维护人员来说，我们看到他们也有机会访问单个编码器，因为它们进入不同的系统。”

使用基于传感器的还是基于分析的设备取决于系统的其他部分。编码器可以收集大量的数据，但如果控制器没有能力使用这些数据，它就毫无意义。在这种情况下，基于信号分析的简单LED显示编码器状态是值得的，因为它提供有用的信息，而且更便宜。

当然，这种方法也有一个缺点，因为它只是作为回应有效的。“我们有客户叫我们所说的情况，并说：”我在这个编码器上有一个红灯，它已经大约一个月了，“”冬天说。“当我们问他们是否检查过他们，他们告诉我们机器仍在运行。编码器正试图警告他们不在规范内，它会有问题。显然，我们将我们的可接受参数的乐队比输入设备更窄得多，以便我们确定我们在有一个实际错误之前警告人们，他们需要安排停机时间来检查或更换设备。但他们确实需要检查或更换单位。“

此时，可以使用具有两种运行状况监视功能的编码器。一些更复杂的方法，比如监控编码器轴承，还没有在现成的设备中实现。如果这种趋势继续下去，编码器制造商将不得不在效率和过载之间进行平衡——毕竟，仅仅因为技术可行并不意味着可以为它创造一个真正的商业案例。然而，有一件事是肯定的，一个真正的业务案例可以用于某种程度的监视。传感器的价格令人惊讶地低廉，而且可以迅速收回成本，减少停机时间。施密特说:“一些客户称它们为噱头，并告诉我们他们不需要它们，但这使编码器更加可靠。”只需延长一次停机时间，就可以支付状态监测设备的费用。原始设备制造商和终端用户需要这些“噱头”。他们绝对需要。

致谢
谢谢去伯尔尼的申请生病的AG)(Waldkirch, Germany)查询有用的背景资料。